地下式污水处理厂中环境气体监测仪表的设置

吴 辰，邓金颖，张 怡，郭 韬，卢晔楠

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300070）

0 引言

目前，随着中国城市的用地越来越紧张，然而景观、绿化等要求又越来越高的矛盾，越来越多的污水处理厂选择了地下式污水处理厂的模式来应对这些矛盾。对于仪表专业而言，地下式污水处理厂与传统的地上式污水处理厂最大的不同之一，就是对于环境气体监测仪表的增加和仪表安装位置的选择。

传统地上式污水处理厂中，环境气体监测仪表的应用方式一般为：1）在污泥处理车间内，安装环境气体监测仪表（一般为H2S 气体监测仪表）；2）在预处理区域，安装了环境气体监测仪表（一般为H2S 和NH3的气体监测仪表）。

但是对于地下式污水处理厂，由于其大箱体和地埋式的特性，使得箱体环境较为封闭，箱体内空气流通较差，导致传统污水厂的环境气体监测仪表的配置方式不适用于地下式污水处理厂的特殊情况，所以需要根据地下式污水处理厂的特性，探讨出适合其环境气体监测仪表配置的方式。

1 地下式污水处理厂中环境气体监测的必要性

地下式污水处理厂由于其箱体地埋式的特点，导致地下箱体内部与外界相对隔离，地下箱体与外界的出入口相对受限制，导致内部自然通风不良，而且地下式污水处理厂的下层一般均为污水处理厂的管廊层。对于厂区运行人员来讲，地下式污水处理厂的日常巡逻、检修以及其他运行工作均构成了进入管廊作业、半开敞空间作业的工作性质。根据《城镇污水处理厂防毒技术规范：AQ 4209-2010》[2]中的定义，地下式污水处理厂内部符合规范中对于密闭空间的定义，故应执行密闭空间内作业应对气体进行连续监测的要求。同时，由于地下式污水处理厂的日常运行相对常态化，故应设置固定式、带声光报警的环境气体监测仪表以确保运行、检修等相关人员的安全。

2 地下式污水处理厂中环境气体监测类型的确定

根据《城镇污水处理厂防毒技术规范：AQ 4209-2010》对进入密闭空间作业时监测项目的要求，监测项目应包括测含氧量、测爆、测有毒气体。考虑到污水处理厂处理工艺的性质，这三步对应的环境气体应为：

1）测含氧量：一般就是空气中O2的含量。

2）测爆：测爆应为监测环境空间内的爆炸危险气体浓度，然而爆炸危险性气体的种类繁多，现实中很难做到一一测量，只能通过处理工艺的性质，有针对性地选择对应的爆炸危险气体进行测量。考虑到是污水处理厂，一般针对污水、污泥进行工艺处理，而污水、污泥会产生的主要的爆炸危险气体便是沼气，故沼气应该是主要的爆炸危险气体监测目标。然而沼气是一种混合气体，其组分中主要的爆炸危险气体是甲烷，所以应该对空气中的甲烷含量进行监测，达到测爆的目的。

3）测有毒气体：与爆炸危险气体一样，毒害气体的种类也很多。那么，同样根据污水处理厂的污水、污泥处理工艺的性质，确定需要监测的有毒气体应为H2S 和NH3。

除了以上3 种气体之外，全地下式污水处理厂由于其埋地式的特点，使得其内部的温度相对于地上有所差别。冬天温度较高，夏季温度又较低，对于人体也许更加感觉舒适，但是由于是污水处理厂，这个温度特性就会使得厂内的凝露状态严重，环境的湿度也会相对较大，这种湿度如果长期保持，会对场内各种设备产生很大的腐蚀。所以，对于箱体内部的温湿度监测也是相当必要的。

根据以上分析，以及结合根据《城镇排水系统电器及自动化工程技术标准：CJJ/T 120-2018》5.4.1 的相关要求，基本可以明确，CH4、H2S、O2、NH3这4 种气体以及环境温湿度是应当在地下式污水处理厂内设置环境气体监测仪表监测的气体和参数。

3 地下式污水处理厂中环境气体监测仪表的选择

根据《城镇污水处理厂防毒技术规范：AQ 4209-2010》《城镇排水系统电器及自动化工程技术标准：CJJ/T 120-2018》[1]等技术规范和标准的要求，地下式污水处理厂的环境气体监测仪表及温湿度仪表选择应具有如下的要求：

1）根据《城镇污水处理厂防毒技术规范：AQ 4209-2010》第11 章11.2 气体监测部分11.2.5 的规定：对于格栅间、加氯间、消化池地下廊道、地下泵站和污水、污泥地下管道间等场所，应设置固定式有毒气体在线监测和报警仪，并确保其在有效周期内。

2）根据《城镇排水系统电器及自动化工程技术标准：CJJ/T 120-2018》中3.1.14 章节的规定，存在或可能积聚毒性、爆炸性、腐蚀性气体的场所，应设置连续的监测和报警装置。

3）由于地下式污水处理厂属于工业厂房，并且地下式污水处理厂通常采用“无人值守”的管理模式，所以环境气体监测仪表及温湿度仪表应选用工业型，具有连续的信号远传功能。保证仪表的可靠性，并使位于中控室的厂区运行人员能够第一时间对箱体内部的环境气体做出反应。

4）由于污水处理厂多个区域中，每一个区域均有多种毒害气体需监测，故宜选用多通道的监测方式，同时多通道气体监测仪表宜预留备用监测通道。

5）根据《城镇排水系统电器及自动化工程技术标准：CJJ/T 120-2018》中第5.5.17 章节、第5.5.18 章节规定，CH4、H2S 的毒害气体报警仪需具有声音报警功能，声压级应高于背景噪声15dB，环境噪声较大的场所可增加设置红色报警闪光灯。

4 地下式污水处理厂中环境气体监测仪表位置的确定

地下式污水处理厂中环境气体监测仪表监测气体探头根据上文的探讨，应包括O2、H2S、NH3，CH44 种。这4种探头按照《城镇排水系统电器及自动化工程技术标准：CJJ/T 120-2018》《危险化学品重大危险源 罐区 现场安全监控装置设置规范：AQ3036-2010》[3]等规范的相关要求，并根据介质与空气之间的比重关系，应将H2S 监测探头安装于地坪上300mm ～600mm，将NH3与CH4探头安装与距离顶板300mm 以内，而O2在这里并非毒害气体，故不需根据介质与空气之间的比重关系，而是根据人员长期活动的标高，将探头安装于距地1.5m ～1.8m 高度，保证巡视检修人员工作环境的安全性。

地下式污水处理厂由于其内部结构复杂，既具有一般污水厂中的格栅间、污泥处理车间等环境气体监测仪表的常规配置点，同时管道层的形式又与污水管廊间基本相同，而且地下式污水处理厂箱体封闭性较强，通风性较差，导致一些本来在地上式污水处理厂中不易积聚大量毒害气体的工艺建筑物在地下箱体中具有了积聚毒害气体的可能。为了应对这些不同的情况，应对地下式污水处理厂的各个区域分开讨论，确定环境气体监测仪表的安装位置。

4.1 预处理区

无论是在地上式污水处理厂还是地下式污水处理厂中，预处理区的格栅区域都是需要进行环境气体监测的重点区域，每一个格栅区域均有必要配备环境气体监测仪表，格栅的栅渣处理区域也有配置环境气体监测仪表的必要。但是，不同于地上式污水处理厂在曝气沉砂池区域配备环境气体监测仪表也是有一定必要的。主要是因为曝气会使气体从水中逸出，对于地上式污水处理厂来说，由于环境空气流通性强，这些逸出的气体很快会扩散至大气中，不会产生危害。但是，地下式污水处理厂封闭性较强、通风性较差，这些逸散出的气体容易在箱体内积聚，对人体产生危害，所以应在曝气沉砂池区域也配备环境气体监测仪表。

另外，地下式污水处理厂中的初次沉淀池、污泥泵房一般会与初次沉淀池合建，所以初次沉淀池尤其是污泥泵房附近区域也有必要设置环境气体监测仪表。

4.2 生物处理区

由于现阶段中国主流的生物处理工艺为AAO 的处理工艺，该工艺在好氧段会采取曝气措施，情况与曝气沉砂池类似，所以在生物处理区尤其是好氧段附近也需要设置环境气体监测仪表。同时一般地下式污水处理厂的AAO 生物池均与剩余及回流污泥泵房合建，所以生物处理区剩余及回流污泥泵房周围也需要设置环境气体监测仪表。

4.3 深度处理区

对于深度处理区，一般来说，只有因为工艺选择不同而会出现的污泥、污水泵房需要设置环境气体监测仪表，其他的位置不需要设置环境气体监测仪表。

4.4 污泥处理区

污泥处理区域无论是在地上式污水处理厂还是地下式污水处理厂，都是毒害气体产生的“重灾区”，尤其是污泥输送和存储设置周围，都应设置环境气体监测仪表。

4.5 管廊间区域

现阶段地下式污水处理厂箱体的下层，基本上均为污水、污泥管廊区域。这个地上式污水处理厂一般没有的特殊区域，按照《城镇污水处理厂防毒技术规范：AQ 4209-2010》中11.2.5 的规定，也应设置环境气体监测仪表。

并且，在环境气体监测仪表具体设置位置上，由于地下式污水处理厂的下层管廊间一般为狭长型多段的双层空间。由于管廊间内污水、污泥管线较多，可能会出现部分少有人员经过，且空气流通相对更差的“死角”区域。而对于环境气体监测仪表的探头位置，除了人员巡视、检修经常活动的区域外，也更应将环境气体监测仪表的探头设置于这些“死角”区域内。因为相对于人员巡视，检修经常活动的通风相对良好的区域，这些“死角”区域更有可能积聚毒害气体，而且如果通风相对良好的区域（如通道出入口、楼梯间进口等位置），毒害气体都发生超标的话，这些“死角”区域的毒害气体很有可能严重超标甚至产生爆炸危害，造成严重的事故。

但是，不论环境气体监测仪表的探头设置于哪个位置，应把环境气体监测仪表的变送器以及对应的声光报警器都应设置在每一段管廊间的出入口附近，保证进入该区域的巡视、检修人员能够第一时间发现问题并采取相关措施。

5 结论及建议

5.1 结论

本文通过对地下式污水处理厂结构特征分析以及环境气体危害的讨论，并结合《城镇污水处理厂防毒技术规范：AQ 4209-2010》《城镇排水系统电器及自动化工程技术标准：CJJ/T 120-2018》《危险化学品重大危险源 罐区 现场安全监控装置设置规范：AQ3036-2010》等规范的相关要求，系统阐述了目前地下式污水处理厂中环境气体监测仪表应用的必要性、监测类型、监测形式、监测点选择等多方面内容，并参照工程设计中的实际情况，提出了地下式污水处理厂中环境气体监测仪表的应用方案。

1）推荐地下式污水处理厂中环境气体监测仪表应包括O2、CH4、H2S、NH34 种气体的检测，并且应设置温湿度检测仪表。

2）推荐地下式污水处理厂中环境气体监测仪表应采用工业级、固定式、多通道，具有连续的信号远传功能，能连续地监测和直接进行声、光报警的可靠仪表。

3）推荐地下式污水处理厂中环境气体监测仪表的传感器应设置在格栅、污泥处理区等明确会产生毒害气体的区域，曝气沉砂池、生物池好氧段等具有曝气状态的区域，污泥、污水泵房区域以及下层污水，污泥管廊层尤其是管廊层的日常运行路线以外的“死角”区域，并应将对应的变送器及声光报警器放置于这些区域的主要出入口附近。

5.2 建议

建议相关部门针对地下式污水处理厂环境的特点和环境气体的状态，尽快制定地下污水处理厂环境气体检测仪表设计规范以指导相关设计。